Термический окислитель - Википедия - Thermal oxidizer

Термический окислитель установлен на фабрика.
Предварительно смонтированная технологическая установка для загрязнение воздуха контроль - термоокислитель, устанавливаемый на рабочем месте.
Схема основного термического окислителя

А термический окислитель (также известный как термический окислитель, или же термический мусоросжигатель) - технологическая единица для загрязнение воздуха контроль во многих химический установки, которые разлагают опасные газы при высокой температуре и выбрасывают их в атмосферу.

Принцип

Термические окислители обычно используются для разрушения опасные загрязнители воздуха (HAPs) и летучие органические соединения (ЛОС) из промышленных воздушных потоков. Эти загрязнители, как правило, основаны на углеводородах, и при разрушении посредством термического сгорания они химически окисляются с образованием CO2 и ЧАС2О. Три основных фактора при разработке эффективных термических окислителей - это температура, время пребывания и турбулентность. Температура должна быть достаточно высокой для воспламенения отработанного газа. Большинство органических соединений воспламеняются при температуре от 590 ° C (1094 ° F) до 650 ° C (1202 ° F). Чтобы обеспечить практически полное уничтожение опасных газов, большинство основных окислителей работают при гораздо более высоких температурах. При использовании катализатора диапазон рабочих температур может быть ниже. Время пребывания необходимо для того, чтобы обеспечить достаточно времени для возникновения реакции горения. Фактор турбулентности - это смесь воздуха для горения с опасными газами.[1][2]

Технологии

Термоокислитель прямого нагрева - дожигатель

Термоокислитель прямого нагрева с использованием свалочный газ как топливо[3]
Регенеративный термоокислитель (RTO), рассчитанный на 17 000 стандартных кубических футов в минуту (SCFM).
Центр управления с Программируемый логический контроллер для RTO.

Самая простая технология термического окисления - термический окислитель с прямым нагревом. Технологический поток с опасными газами вводится в топочную камеру через горелку или рядом с ней, и обеспечивается достаточное время пребывания, чтобы получить желаемую эффективность уничтожения и удаления (DRE) летучих органических соединений. Большинство термических окислителей прямого нагрева работают при температурах от 980 ° C (1800 ° F) до 1200 ° C (2190 ° F) с расходом воздуха от 0,24 до 24 ° C. стандартные кубометры в секунду.[1]

Также называемый форсажные камеры в случаях, когда входящие газы поступают из процесса, в котором сгорание не завершено,[1] эти системы наименее капиталоемкие и могут быть интегрированы с котлами и теплообменниками, расположенными ниже по потоку, для оптимизации топливной эффективности. Термические окислители лучше всего применять там, где очень высокая концентрация ЛОС, которые действуют в качестве источника топлива (вместо природного газа или масла) для полного сгорания в целевой Рабочая Температура.[нужна цитата ]

Регенеративный термоокислитель (RTO)

Основная статья: регенеративный термоокислитель

Одной из наиболее широко распространенных на сегодняшний день технологий борьбы с загрязнением воздуха в промышленности является регенеративный термический окислитель, обычно называемый RTO. В RTO используется керамический слой, который нагревается от предыдущего цикла окисления для предварительного нагрева поступающих газов с целью их частичного окисления. Предварительно нагретые газы поступают в камеру сгорания, которая нагревается от внешнего источника топлива для достижения целевой температуры окисления, которая находится в диапазоне от 760 ° C (1400 ° F) до 820 ° C (1510 ° F). Конечная температура может достигать 1100 ° C (2010 ° F) для приложений, требующих максимального разрушения. Расход воздуха составляет от 2,4 до 240 стандартных кубических метров в секунду.[4]

RTO очень универсальны и чрезвычайно эффективны - тепловой КПД может достигать 95%. Они регулярно используются для удаления паров растворителей, запахов и т. Д. В самых разных отраслях промышленности. Регенеративные термические окислители идеальны в диапазоне от низких до высоких концентраций ЛОС до 10 г / м3 растворитель. В настоящее время на рынке имеется много типов регенеративных термических окислителей с эффективностью окисления или разрушения летучих органических соединений (ЛОС) 99,5 +%. Керамический теплообменник (и) в градирнях может быть спроектирован для обеспечения теплового КПД до 97 +%.

Термоокислитель метана вентиляционный воздух (ВАМТОКС)

Основная статья: термический окислитель метана вентиляционный воздух

Термические окислители метана в вентиляционном воздухе используются для разрушения метана в отработанном воздухе шахт подземных угольных шахт. Метан является парниковым газом и при окислении в результате термического сгорания химически изменяется с образованием CO.2 и H2О. КО2 в 25 раз менее эффективен, чем метан, когда он выбрасывается в атмосферу в отношении глобального потепления. Концентрации метана в отработанном воздухе шахтной вентиляции угольных шахт и шахт троны очень малы; обычно ниже 1% и часто ниже 0,5%. Установки VAMTOX имеют систему клапанов и заслонок, которые направляют воздушный поток через один или несколько слоев с керамическим наполнением. При запуске система предварительно нагревается за счет повышения температуры теплообменного керамического материала в слое (ах) до или выше температуры автоокисления метана на 1000 ° C (1830 ° F), при этом система предварительного нагрева нагревается. выключается и вводится отработанный воздух шахты. Затем наполненный метаном воздух достигает предварительно нагретого слоя (ей), выделяя тепло от горения. Затем это тепло передается обратно слою (слоям), тем самым поддерживая температуру на уровне или выше того, что необходимо для поддержания автотермического режима.[нужна цитата ]

Тепловой рекуперативный окислитель

Менее широко используемая технология термического окисления - это окислитель с рекуперацией тепла. Тепловые рекуперативные окислители имеют первичный и / или вторичный теплообменник внутри системы. Первичный теплообменник предварительно нагревает входящий грязный воздух за счет рекуперации тепла выходящего чистого воздуха. Это делается кожухотрубный теплообменник или пластинчатый теплообменник. Когда входящий воздух проходит по одной стороне металлической трубы или пластины, горячий чистый воздух из камеры сгорания проходит по другой стороне трубы или пластины, и тепло передается входящему воздуху в процессе теплопроводности с использованием металла в качестве Среда теплопередачи. Во вторичном теплообменнике такая же концепция применяется для передачи тепла, но воздух, нагретый исходящим чистым технологическим потоком, возвращается в другую часть установки - возможно, обратно в процесс.

Термический окислитель на биомассе

Биомасса, такие как древесная щепа, можно использовать в качестве топлива для термического окислителя. Затем биомасса газифицированный и поток с опасными газами смешивается с газом биомассы в топке. Достаточная турбулентность, время удерживания, содержание кислорода и температура обеспечат разрушение летучих органических соединений. Такой термоокислитель, работающий на биомассе, был установлен на заводе Warwick Mills, Нью-Гемпшир. Концентрации на входе составляют 3000–10 000 частей на миллион ЛОС. Концентрация ЛОС на выходе ниже 3 частей на миллион, таким образом, эффективность уничтожения ЛОС составляет 99,8–99,9%.[5]

Беспламенный термоокислитель (FTO)

В системе беспламенного термического окисления отработанный газ, окружающий воздух и вспомогательное топливо предварительно смешивают перед пропусканием комбинированной газовой смеси через предварительно нагретый слой инертной керамической среды. За счет передачи тепла от керамической среды к газовой смеси органические соединения в газе окисляются до безвредных побочных продуктов, то есть диоксида углерода (CO2) и водяного пара (H2O), одновременно выделяя тепло в керамический слой материала.[6]

Температура газовой смеси поддерживается ниже нижнего предела воспламеняемости на основе процентного содержания каждого присутствующего органического вещества. Беспламенные термические окислители предназначены для безопасной и надежной работы ниже композитного LFL при поддержании постоянной рабочей температуры. Потоки отработанного газа выдерживают несколько секунд при высоких температурах, что приводит к измеренной эффективности удаления при разрушении, превышающей 99,9999%.[нужна цитата ] Предварительное смешивание всех газов перед обработкой устраняет локальные высокие температуры, которые приводят к термическому NOx обычно ниже 2 ppmV. Технология беспламенного термического окисления была первоначально разработана Министерством энергетики США для более эффективного преобразования энергии в горелках, технологических нагревателях и других тепловых системах.

Каталитический окислитель

Схема рекуперативного каталитического окислителя

Каталитический окислитель (также известный как каталитическая установка для сжигания отходов) - другая категория систем окисления, аналогичная типичным термоокислителям, но в каталитических окислителях используется катализатор для содействия окислению. Каталитическое окисление происходит в результате химической реакции между молекулами углеводородов ЛОС и слоем катализатора из благородного металла, который находится внутри системы окисления. Катализатор - это вещество, которое используется для ускорения химической реакции, позволяя реакции протекать в нормальном температурном диапазоне от 340 ° C (644 ° F) до 540 ° C (1004 ° F).[7]

Регенеративный каталитический окислитель (RCO)

Катализатор можно использовать в регенеративном термическом окислителе (RTO), чтобы снизить рабочие температуры. Его также называют регенеративным каталитическим окислителем или RCO.[4] Например, температура теплового воспламенения монооксид углерода обычно составляет 609 ° C (1128 ° F). Используя подходящий катализатор окисления, можно снизить температуру воспламенения примерно до 200 ° C (392 ° F).[8] Это может привести к более низким эксплуатационным расходам, чем RTO. Большинство систем работают в диапазоне температур от 260 ° C (500 ° F) до 1000 ° C (1830 ° F). Некоторые системы предназначены для работы как RCO, так и RTO. Когда используются эти системы, используются особые конструктивные соображения, чтобы снизить вероятность перегрева (разбавление входящего газа или рециркуляция), поскольку эти высокие температуры могут дезактивировать катализатор, например к спекание активного материала.[нужна цитата ]

Рекуперативный каталитический окислитель

Каталитические окислители также могут быть в форме рекуперативной рекуперации тепла для снижения потребности в топливе. В этой форме рекуперации тепла горячие выхлопные газы из окислителя проходят через теплообменник для нагрева нового поступающего воздуха в окислитель.[7]

Рекомендации

  1. ^ а б c «Термический окислитель». Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризаций и факторов выбросов. Агентство по охране окружающей среды США. Получено 4 апреля 2015.
  2. ^ "Информационный бюллетень по технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452 / F-03-022" (PDF). Получено 4 апреля 2015. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ "Заявка на получение награды SWANA 2012 за выдающиеся достижения" Контроль за свалочным газом "Seneca Landfill, Inc" (PDF). Получено 5 апреля 2015. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ а б "Информационный бюллетень по технологии контроля загрязнения воздуха EPA-452 / F-03-021" (PDF). Получено 4 апреля 2015. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ http://www.dallenergy.com/Thermal-oxidizer.70.aspx
  6. ^ «Беспламенное термическое окисление» (PDF). Инициатива по предотвращению загрязнения небольшими производителями химической продукции: проект документации по передовой практике предотвращения загрязнения. Государственный университет Уэйна. Получено 26 апреля 2018.
  7. ^ а б «Каталитический окислитель». Информационный центр сети передачи технологий Агентства по охране окружающей среды США для инвентаризаций и факторов выбросов. Агентство по охране окружающей среды США. Получено 4 апреля 2015.
  8. ^ Расмуссен, Сорен (2006). «Определение характеристик и регенерация Pt-катализаторов, дезактивированных в городских отходах дымовых газов». Прикладной катализ B: Окружающая среда. 69: 10–16. Дои:10.1016 / j.apcatb.2006.05.009.